桑塔木地区三叠系深部地震薄储集层预测

汪佳蓓，黄捍东，张文珠

（1.中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083；2.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249；3.中国石油大学（北京）提高采收率研究院，北京 102249；4.中海石油深圳分公司研究院，广东 广州 510240）

桑塔木地区三叠系深部地震薄储集层预测

汪佳蓓1，黄捍东2，3，张文珠4

（1.中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083；2.中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249；3.中国石油大学（北京）提高采收率研究院，北京 102249；4.中海石油深圳分公司研究院，广东 广州 510240）

深部隐蔽油气藏逐步成为现阶段油气勘探的重难点，其具有埋深大、地震信号弱、构造复杂等特征。埋藏深度的增大使得地震反射信息量减少，识别储集层尤其是薄储集层的难度加大。文中采用地震相控非线性随机反演方法，融入测井和层序界面等地质类信息，对桑塔木油田三叠系近5 000 m埋深的薄储集层进行了钻前预测，成功刻画了深层薄储集层的纵横向连通性及平面展布特征。通过未参与反演井预测效果分析，少井反演与多井反演效果对比，预测吻合率统计分析和新钻井与预测结果对比等方面来评价本次地震资料储集层预测的可信度。预测结果与实钻情况吻合程度较好，说明该方法在深层薄储集层预测中有很好的应用前景。

深层；薄储集层；相控反演；桑塔木油田

0　引言

随着油气勘探研究的不断深入，研究重点已经从寻找浅层、构造油气藏向深层、岩性油气藏方向发展［1-3］。深部地层一般埋深超过4 000 m，地质条件复杂，地震反射弱、主频低、品质差，因此，深部地震储集层，特别是薄层预测有很大难度。

对于薄砂体储层预测，基于20世纪80年代提出的Widess准则［4］，能识别大于1/4地震波长的薄储层。此后许多研究发现，薄层描述可以突破传统分辨率的极限［5-13］。

塔里木盆地桑塔木油田三叠系地层埋深近5 000m，目的层油组含油砂岩的单层厚度在10 m左右，是典型的深部薄层油藏。常规反演方法在该地区的应用遇到了2个问题：1）砂泥岩声波测井速度差异小，反演剖面上储集层特征得不到清晰展现；2）含油砂岩厚度低于地震资料分辨率，无法有效地识别薄层。以上问题导致三叠系油藏的地质模型认识不清，井间油层砂体规模、纵横向连通性、平面展布及尖灭等不明。

针对以上难题，本文采用地震相控非线性随机反演方法，对塔里木盆地桑塔木地区三叠系地层进行储集层预测。

1　地震相控非线性随机反演方法原理

地震相控非线性随机反演是在反演的过程中，融入地震相界面和沉积特征等地质类信息，在相模型的约束和指导下，结合钻探得到的测井资料，采用非线性随机反演算法，在计算过程中逐道进行外推反演［14］。具体实现过程可以分为地震相控约束外推计算、随机模拟处理和非线性反演3个部分。

1.1地震相控约束外推计算

地震相是地震反射时间剖面上所表现出的反射波的面貌，是沉积相在地震剖面上的反映［15］。在反演之前划分出相界面可以用来控制反演的低频趋势。反演中通过“相界面”控制的同时，结合“井约束”外推算法，可很好地解决反演所需的低频趋势问题，又能克服反演中构建的初始模型精度对最终反演结果的影响等。

实际应用中，首先，利用钻井、综合录井资料编制工区内井的层序划分与地层界面解释对比图；然后，利用这个结果，在对应的连井地震剖面上解释出层序界面，建立三维层序和相控模型，从而可以将该层序和相控模型运用到反演的约束条件中去，将宏观模型的特征融入到反演中，为地震相控约束反演奠定约束条件。

由于地下地质情况具有强不确定性，在相控外推计算过程中，可以运用多项式相位时间拟合的方法来建立地震道间的外推关系。具体实现方法如下：在层序和相控模型控制的特定地震时窗范围约束下，将从测井信息中或井旁地震道中获取的先验模型参数向量从井点处，开始往外推计算。

1.2随机模拟处理

考虑到地质条件的随机特性，首先利用测井岩石物理统计分析，建立速度、密度等模型参数点之间的统计关系；然后采用高斯随机函数把模型参数作为区域化变量来进行随机模拟。

具体需要利用变差函数来描述空间数据场中数据之间的相互关系，从而建立起空间储层参数点之间的统计相关函数关系式［16-17］。变差函数描述的是不同位置变量的不相似性。

1.3非线性反演

目前广泛应用于生产的线性反演算法，计算速度快，稳定性强。然而，在实际情况中遇到的反演问题基本都属于非线性的，如果直接转成线性问题来求解，会导致最终的反演结果精度低，反映不出薄层特征，计算结果也容易陷入局部极小等问题［18-19］。非线性反演算法直接求解非线性问题，解的精度高，但稳定性差。本文采用非线性最优化算法，求解过程采用截断奇异值分解法并加入约束条件来提高解的稳定性与精度。

若假定密度为常数，则波阻抗反演就直接转换为速度反演［20］。先定义目标函数为式（1），需要求解m使目标函数在最小二乘意义下取得极小值。

式中：m为速度；uobs为实际地震数据；umbd为模型响应。

然后，将式（1）在初始模型响应mi处按Taylor公式展开，忽略二次以上的高阶项得：

式中：D为f（m）的二次偏导数矩阵。

令m=mi+1，则有：

将式（3）对mi+1求一阶导数，并令该导数为0，可得迭代公式为

在求取D-1时往往存在计算量大、矩阵病态等问题，为了增强解的稳定性，本文运用了截断奇异值分解法，避免直接求逆存在。同时在迭代过程中，通过加入最大最小值、参数包络等约束，进一步提高解的稳定性和精度。通过式（4）迭代计算，可得到最终反演速度体。

2　实际应用

2.1地质背景

桑塔木地区位于塔里木盆地塔北隆起轮南低凸起的斜坡带上，三叠系地层是主力油气产层之一，包含3套含油储集层，分别为上三叠统黄山街组T1油组、中三叠统克拉玛依组T2油组和T3油组，埋深为4 600～5 000 m，除T3油组含油薄砂体储集层的厚度有部分大于10 m外，其他T1油组和T2油组含油砂层的厚度均较薄，一般在3～5 m。该区沉积体系已经进行了大量研究，整体为辫状河三角洲沉积模式［21-22］，但通过地震地质重新研究和认识，发现该区还存在部分曲流河三角洲沉积模式。该模式位于克拉玛依组，横向变化大，在地震剖面上表现为强振幅、中低频、中—连续性特征。

由于目标薄储集层中单砂体厚度很薄，只能在测井曲线上看到测井响应，而在地震剖面上无法看到单砂体地震响应。因此，本文尝试采用地震相控非线性随机反演方法对塔里木油田三叠系进行储集层预测，期望在反演剖面中能够预测出多套薄层砂体，解决该区深层薄储集层预测的难题。

2.2速度反演效果分析

2.2.1未参与反演井预测结果

LN23井约束反演的反演速度连井剖面见图1，LN23井为参与反演的约束井，JF121井（距LN23井2.9 km）和JF123井（距LN23井9.5 km）为未参与反演的验证井。可以看出，T1，T2油组砂层厚度大致分布在2.5～6.5 m，T3油组砂层厚度主要分布在7～14 m。反演结果中的3个油组特征明显，与该区完钻井吻合。JF121井和JF123井上3个油组的厚、薄储集层均得到了较好的预测，与测井解释成果吻合程度较高，说明该反演方法在该区预测效果很好。

2.2.2少井反演与多井反演效果对比

检验反演方法预测性的有效方法之一，是不论初始约束井多或少，只要基于相同的地震资料其最终反演结果应该趋于一个方向［23-24］。图2a为26口约束井（不包括LN48井）的反演剖面，图2b为46口约束井（包括LN48井）的反演剖面。通过对比发现，两者在地层结构、岩性组合等方面非常相近，只是在一些微观细节处存在差异。这说明参与反演的约束井的数量对反演结果的影响不大，对初始模型的依赖程度也不高，反演结果稳定可靠。

2.2.3预测吻合率统计分析

工区内，选取未参与反演的50口井的综合测井解释及岩性录井资料，与利用反演剖面预测的砂体厚度进行对比统计。50口井预测结果中有6口井不符合实钻情况，吻合率为88%。说明地震预测与实际钻井之间差异性较小，可将该反演成果用于储集层分布预测研究。

2.2.4新钻井验证结果分析

反演工作完成后，在工区北部LN30井东约700 m处钻了一口新井LN302h，图3为LN30井至LN302h井在LN302h井钻探之前的反演剖面。

图中：1）老井LN30井T3油组1小层井段为4 869～4 875 m的油层向LN302h井方向，速度降低，趋于泥岩速度。可以明显看到1小层连井处，反演剖面从暖色偏高值区域渐变为冷色偏低值区域，反演剖面上含油砂体的厚度逐渐变薄直至尖灭，尽管砂泥岩声波测井速度差异小，反演剖面上依然可以看到砂体尖灭处的细微差别，较好地解决了砂泥岩常规反演区分不清的问题。2）LN30井2小层井段4 873.5～4 882.5 m横向较稳定。LN302h井完钻结果显示，在1小层井段4 864.0～4 866 m钻遇2 m差油层，在2小层4 870.0～4884 m钻遇14 m水层，2小层之间（即4 866～4 870 m）为4 m的泥岩隔层，预测情况与实际钻探结果吻合。新井预测结果表明，本文研究方法可用于新区滚动勘探指导新井井位的部署。

2.3储集层平面特征预测

T1油组1小层砂体厚度见图4。该小层一直是桑塔木地区主力产层，50多口井的钻探显示均有油气。

从图4中可以看出，砂体小层分布可分为东部及西北部2个体系：东南部及南部向北西发育的体系可看作东部物源的一支；西部自西向东的2个垛体及自西北部进入工区的小垛体构成了西部体系。相比而言，东部体系占绝对优势，尤其是进入研究区中部的一支，进一步分为多个分支的大片砂体。砂体展布具有典型的曲流河三角洲平原及三角洲前缘沉积特点，符合该层实际沉积特征，为井位部署和后期钻探提供依据。

综上所述，相控反演的预测结果很好地突显了储集层的平面分布形态、厚度展布特征及沉积相特征，为本区深部岩性油气藏的勘探部署提供了重要的依据。

3　结论

1）地震相控非线性随机反演方法很好地融合了沉积层序等地质类的信息，反演的砂体预测结果更加符合区域沉积背景，解释性和预测性更强。

2）速度反演的效果对比分析表明，该反演方法不过分依赖于参与反演的约束井数量和初始模型，约束井参与反演前后对比图非常一致，且新钻井的实钻结果和预测结果吻合度很好，说明反演方法的可靠程度高，该方法优于常规反演方法，反演结果能为深部油气藏的勘探部署提供可靠依据。

3）深部薄层预测一直是储集层预测的难点，本文的反演方法清晰预测出了近5 000 m地层处的薄储集层，为今后在深层、薄层以及岩性尖灭体等隐蔽油气藏的勘探提供了解决思路。

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（编辑杨会朋）

Seismic thin reservoir prediction in deep zones:a case study of Triassic Formation in Tarim Basin

WANG Jiabei1，HUANG Handong2，3，ZHANG Wenzhu4
（1.School of Energy Resources，China University of Geosciences，Beijing 100083，China；2.State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；3.EOR Research Institute，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；4.Research Institute，Shenzhen Branch of CNOOC Ltd.，Guangzhou 510240，China）

As the development of oil and gas exploration，people are gradually focusing on the prospecting of reservoir in deep zones. Seismic reflection information will decrease as the depth increases.The identification of reservoir especially thin-layer reservoir becomes much more difficult.In this paper，the seismic phase-controlled non-linear random inversion method is used to predict the Triassic Formation in Sangtamu Area，where depth is nearly 5000 m，before drilling by taking logging，geological information as constraints.The lateral connectivity and plane distribution characteristics in deep thin reservoir are successfully portrayed.Through the contrast of the inversion results in different constraints such as no drilled-well constraint and less well constraints，speed inversion profile characteristics are analyzed.With the new drilling information to authenticate the inversion results，which shows that the prediction coincides with the real drilling situation and the seismic prediction method has good creditability and applicability in the process ofdeep reservoir exploration and development.

deep layer；thin reservoir；phase-controlled inversion；Sangtamu Oilfield

国家重点基础研究发展计划（“973”计划）项目“深部有效碎屑岩储层成因机制与发育模式”（2011CB201104）

TE132.1+4；P631

A

10.6056/dkyqt201604009

2015-10-10；改回日期：2016-05-07。

汪佳蓓，女，1986年生，在读博士研究生，主要从事复杂油气藏储层预测研究。E-mail：lemon357@126.com。

引用格式：汪佳蓓，黄捍东，张文珠.桑塔木地区三叠系深部地震薄储集层预测［J］.断块油气田，2016，23（4）：447-450.

WANG Jiabei，HUANG Handong，ZHANG Wenzhu.Seismic thin reservoir prediction in deep zones：a case study of Triassic Formation in Tarim Basin［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2016，23（4）：447-450.